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ZnPcCl16有机半导体材料合成及其氯气传感器研究

氯气传感器.png

随着石油化学工业的发展,易燃、易爆、有毒、有害气体的种类和应用范围与日俱增,这些气体一旦发生泄露,将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故,严重危害人民的生命和财产安全。因此,及时可靠地探测空气中某些气体的含量,采取有效措施,减少泄露引发的事故非常重要。

要做到这一点,对气体探测器的核心器件—氯气传感器的要求越来越高,而新材料特别是新的气敏材料的不断问世,给气体传感器的发展提供了可能。目前,气体传感器的一个新进展和研究热点就是高分子功能材料的广泛应用。迄今为止,国内外对结构型高分子气敏材料研究较为深入的品种有酞菁、聚苯胺、卟吩,卟啉和它们的衍生物、络合物。

其中,酞菁配合物由于化学、热学稳定性高,并且可通过调整中心金属原子、改变周边环上、轴向上的取代基实现改性,使其具有较高的灵敏度和高的选择性,被认为是一类有广阔研究与开发应用前景的气敏材料。本文采用“钼酸铵固相催化法”,以四氯苯酐和尿素为原料,合成了十六氯酞菁锌气敏材料,并通过能谱、X射线衍射、红外吸收、紫外-可见光吸收对其进行了表征和分析。通过MEMS微加工技术,在Al2O3陶瓷基片上制作了背面带有加热功能的叉指电极;采用蒸发镀膜工艺制作了气体传感器薄膜,分析了蒸发镀膜工艺参数对薄膜气敏性的影响,并对Cl2进行了气敏测试。

最后,提出了有机半导体物理化学吸附的气敏机理模型。通过考察工艺条件对气敏性的影响,确认了现有材料的最佳成膜工艺参数:基片温度150℃、蒸发电流95 A、薄膜厚度50 nm。Cl2气敏测试结果表明,该气敏传感器对Cl2具有较理想的灵敏特性,可检测氯气最低浓度为0.3 ppm,且在高浓度的Cl2中具有很好的稳定性。

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